ПОЛУПРОВОДНИКИ Подготовили ученицы 10 в класса Аминова Рина

ПОЛУПРОВОДНИКИ Подготовили ученицы 10 в класса Аминова Рина, Андреева Юлия, Барановская Анастасия, Воротникова Светлана, Жубанова Алина, Сыркина Анастасия

Электрический ток в полупроводниках • Полупроводники - твердые вещества, проводимость которых зависит от внешних условий. • Основным свойством полупроводника является увеличение электрической проводимости с ростом температуры. • Полупроводники представляют собой нечто среднее между проводниками и изоляторами.

Полупроводники - это ряд элементов таблицы Менделеева, большинство минералов, различные окислы, сульфиды, теллуриды и другие химические соединения. Самым распространённым в природе полупроводником является кремний, составляющий почти 30 % земной коры. Бор B, углерод C, кремний Si фосфор Р, сера S, германий Ge, мышьяк As, селен Se, олово Sn, сурьма Sb, теллур Te и йод I.

Электронная проводимость. Проводимость полупроводников, обусловленную наличием у них свободных электронов, называют электронной проводимостью. При повышении температуры число разорванных связей, а значит, и свободных электронов увеличивается. Дырочная проводимость. При разрыве связи между атомами полупроводника образуется вакантное место с недостающим электроном. Его называют дыркой. В дырке имеется избыточный положительный заряд по сравнению с остальными, не разорванными связями.

• Полупроводники n-типа — полупроводник, в котором основные носители заряда — электроны проводимости, а неосновными носителями — дырки. • Полупроводник p-типа — полупроводник, в котором основными носителями заряда являются дырки, а неосновными носителями — электроны.

Образование электронно-дырочной пары • При повышении температуры или увеличении освещенности некоторая часть валентных электронов может получить энергию, достаточную для разрыва ковалентных связей. Тогда в кристалле возникнут свободные электроны (электроны проводимости). Одновременно в местах разрыва связей образуются вакансии, которые не заняты электронами. Эти вакансии получили название «дырок» .

Примесная проводимость полупроводников • Проводимость полупроводников при наличии примесей называется примесной проводимостью. Различают два типа примесной проводимости – электронную и дырочную проводимости.

Опыт Хейнса — Шокли

Если n-полупроводник соединен с положительным полюсом источника, а p-полупроводник — с отрицательным, то электроны в n-полупроводнике и дырки в p-полупроводнике под действием электрического поля будут перемещаться от границы раздела в противоположные стороны. Это приводит к увеличению его сопротивления. Направление внешнего электрического поля называется запирающим (обратным). При таком направлении электрический ток основных носителей заряда через контакт двух п- и p-полупроводников не проходит.

Если n-полупроводник подключен к отрицательному полюсу источника, а плюс источника соединен с p-полупроводником, то под действием электрического поля электроны будут двигаться навстречу другу к границе раздела полупроводников. Электроны, переходя границу, «заполняют» дырки. При таком прямом направлении внешнего электрического поля толщина запирающего слоя и его сопротивление непрерывно уменьшаются. В этом направлении электрический ток проходит через р-n-переход.

Зависимость силы тока от напряжения, т. е. вольт-амперная характеристика прямого перехода.

Уравнение состояния идеального газа (иногда уравнение Клапейрона или уравнение Менделеева — Клапейрона) — формула, устанавливающая зависимость между давлением, молярным объёмом и абсолютной температурой идеального газа. Уравнение имеет вид: p*Vm=R*T, где p — давление, Vm — молярный объём, R — универсальная газовая постоянная T — абсолютная температура, К .

Процесс 1 -2 изобарный Процесс 2 -3 изотермический

Практическая значимость

Терморезистор • полупроводниковый прибор, электрическое сопротивление которого изменяется при изменении температуры. Основой терморезисторов являются поликристаллические полупроводниковые материалы с электронной проводимостью – окислы так называемых переходных металлов (от титана до цинка), а также сульфиды, карбиды и нитриды некоторых металлов.

Фотосопротивления • Повышение электропроводности, вызванное светом, носит название фотопроводимости, а основанные на этом явлении приборы называют фотосопротивлениями. Наиболее употребительные материалы для фотосопротивлений в видимой части спектра - сернистый кадмий, сернистый таллий, сернистый висмут, а для инфракрасных лучей - сернистый, селенистый и теллуристый свинец. Фотосопротивления широко применяют для сигнализации и автоматики, управления на расстоянии производственными процессами, сортировки изделий. С их помощью предупреждают несчастные случаи и аварии при нарушении хода процесса, автоматически останавливая машины.

Термоэлементы • приборы, в которых тепловая энергия непосредственно превращается в электрическую. Коэффициент полезного действия термоэлемента, составленного из полупроводников, доходит до 7 -10%, т. е. находится на уровне к. п. д. таких машин, как паровозы, в которых он равен 4 -8%. Батареи из термоэлементов с радиальным расположением отдельных элементов, спаи которых сходятся в центре круга, служат для получения электроэнергии, питающей радиоустановки, в местах отсутствия электрической энергии.

Холодильники и нагреватели • Важной особенностью, открывающей широкие перспективы применения полупроводников, является получение с их помощью холода и тепла более экономичными путями. Применяя для этой цели полупроводники, характеризующие достаточно высокой величиной к. п. д. термоэлемента, можно получить в холодильном шкафу необходимые низкие температуры. Например, полупроводники из сплавов висмута, селена, теллура и сурьмы обеспечивают в термоэлементе разность температур около 60°C, а в сконструированном с помощью таких полупроводников холодильном шкафу поддерживается температура минус 16°C.